水分离技术（精选10篇）
水分离技术 篇1
1 膜分离技术介绍
1.1 膜分离技术原理
膜分离技术的原理是基于膜的选择透过性来工作的。在液体或是气体 (一般为混合成分) 中, 膜对不同的液体成分的透过性能是有差别的。就可以将某些物质阻隔在膜的一侧, 而让另一部分物质通过, 达到分离的目的[1]。工作的动力是化学位差或是外界能量, 该技术广泛的应用于工业以及居民生活中。
1.2 膜分离技术种类
膜分离技术的工作原理大体相同, 但也是有差别的, 根据不同的构造和功能分为以下几类:
1.2.1 超滤膜
超滤膜技术的动力来源于压力差, 可以而非常精确的对不同分子量的物质进行分离, 该技术的优点在于可对胶体或是大分子物质同时进行分离, 该技术具有低耗能、操作简便、而且工作时压力较低、设备维护费用低以及效率高等优点, 应用广泛, 涉及到的领域包括石化工业、电子制造、纺织、食品行业医药领域等等[2]。
1.2.2 渗透蒸发膜
该技术的动力是压力, 由压力作为动力迫使膜分离的流程。利用摸两侧的浓度差以及扩散系数的不同, 进行蒸发来发到分离的目的。这种膜投资小, 维护费用低, 虽然该技术也在大力的研发改进, 但是该技术的效率并不是很高, 产生的经济价值也有限。膜技术指的主要是将选择性的多孔薄膜作为分离的介质, 让分离出的溶液依靠某种推力穿过膜, 低分子的溶质通过膜, 而截留大分子的溶质, 以此分离出溶液里分子量不相同的物质, 进而实现分离、纯化、浓缩的目标。
1.2.3 反渗透膜
反渗透膜的工作原理就是渗透过程的反作用。其动力来源于压力差, 在膜的一端施加压力, 促使混合物通过滤过膜, 以便使原液里的溶剂被挤压到半透膜的另外一侧。将不同物质进行分离。该项技术的有点在于效率较高、操作简便、维护成本低。
1.2.4 微滤膜
这个膜的动力是静压差, 将混合体 (液体或是气体) 经过过滤具有滤过作用的膜质, 将大小不同的物质进行分离, 这种膜表面附有均匀的孔状结构, 它的优点是效率高, 速度快, 而且介质不易脱落吸附物质极少等。在食品药品行业中, 主要用于过滤微生物以及细微的杂质, 在其他工业中用于产物的发酵物质的浓缩, 方便快捷。
2 膜分离技术在水处理中的应用
2.1 处理工业废水
随着工业的发展和人民生活节奏的加快。污水的产生量逐年增加, 已成为城市的负担, 尤其是工业废水的量巨大, 一时难以消化。为了节约能源与资源, 促进经济的可持续发展, 工业废水必须进行严格的净化处理, 达标之后, 才能排放。为此膜分离技术也彰显了它的作用, 在处理废水中, 不但使污水达到排放的标准, 而且可选择性的回收污水中的一些有效的功能成分, 对物质的在利用和循环利用做出了巨大的贡献[3]。
2.2 处理饮用水
人们对饮用水的要求越来越高, 对于饮用水的处理一般是要去除悬浮颗粒物、细菌以及重金属离子等有毒有害成分。在饮用水的处理上, 膜分离技术发挥的淋漓尽致, 处理方法也是多种多样的, 包括微滤、超滤和纳滤等。膜技术在水资源的重复利用处理方面, 有着其他技术无法匹敌的优势。对于水中的杂质以及有毒物质的过滤的彻底性、操作简便、效率高等优势都现实了该技术未来发展的巨大潜力。在与常规的净水方式中, 膜技术可对水进行纳米阶层的处理, 有效的去除病菌等有毒有害的物质, 提高饮水的健康性。
2.3 在特殊领域水处理方面的应用
运用膜分离技术处理放射性废水以及开发超滤反渗透膜。采用的技术类型为电渗析技术, 随着相关技术的研发和技术的不断更新进步, 超滤与反渗透技术逐渐应用于生产的方方面面[4]。膜技术感觉离我们日常生活很遥远, 其实就在我们身边, 利用膜技术的原理, 对于垃圾的填埋和渗滤液体的处理、富含重金属离子的工业废水 (锌、镉等) 在生活中都有着较为广泛的应用。涉及到的领域包括石化工业、电子制造、纺织、食品行业医药领域等等。随着该项技术的不断成熟, 应用的深度和使用的科技水平也不断攀升, 在目前全人类面临水资源紧张的情况下, 对于水资源的再利用格外的关注, 人们期望通过膜技术以及相关科技的发展, 从根本上解决水资源以及其他资源充分利用的问题。
3 结语
膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 与传统的分离净化方法相比具有工艺简单、能耗低、无二次污染而且分离净化的效果较好等优点。在目前全人类面临水资源紧张的情况下, 对于水资源的再利用格外的关注, 人们期望通过膜技术以及相关科技的发展, 从根本上解决水资源以及其他资源充分利用的问题。但在膜分离技术的完备性方面还有待于进一步研究, 其中也存在一定的问题, 如成本的控制, 膜的寿命以及耐受性等方面, 因此, 对于膜技术的深入研发将是人类水资源充分利用的福祉, 结合传统的工艺加之以新型的材料, 将会是未来很长一段时间的主要研究方向。
摘要：膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 与传统的分离净化方法相比具有工艺简单、能耗低、无二次污染而且分离净化的效果较好等优点。广泛的应用于水处理的各个方面, 本文对膜分离技术以及原理进行概述, 并介绍该技术在水处理方面的应用, 旨在促进该技术在水处理方面的推广。
关键词：膜分离技术,水处理,技术研究, 技术应用
参考文献
[1]曾欣.膜分离技术在水处理中的应用[J].科技信息, 2007, 12 (10) :25.
[2]徐新阳, 马铮铮.膜过滤在污水处理中的应用研究进展[J].气象与环境学报, 2007, 23 (4) :53-54.
[3]王建黎, 计建炳, 徐又一.膜分离技术在水处理领域的应用[J].膜科学与技术, 2005, 23 (5) :65-68.
[4]谭永文, 张希建, 陈文松, 等.荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程[J].水处理技术, 2004, 30 (3) :157-161.
水分离技术 篇2
一、情境导入
出示上节课留下的浓盐水，为什么杯底有盐呢？
（预设学生行为：一定量的水不能限地溶解食盐，有的食盐不能完全溶解。）
设计意图：既复习上节课100ml水能溶解多少克食盐所学内容，又能引出本课的学习。
二、科学探究
1.提出问题：有办法让这些食盐继续溶解吗？（加水搅拌）2.预测推理
（1）烧杯中的食盐完全溶解后贴上标记，放在窗台上，会怎样呢？（水会蒸发，食盐还会出现在杯底。）
（2）还有办法让食盐从水中分离出来吗？（加热水就会蒸发得快）
设计意图：结合学生的生活经验及前面所学知识体验溶解在水中的食盐还能结晶析出。3.实验操作
（1）认识酒精灯的构造 幻灯片出示酒精灯构造图（2）酒精灯的规范安全使用
讲解并指导学生小组合作，按要求操作：平稳取放、从容点燃、外焰加热、安全熄灭（学生对酒精灯非常有兴趣，但是点燃、熄灭酒精灯时会有个别学生会害怕，讲解细致耐心，小组同学会互相激励，互相纠正使用时出现的问题，指导到位，帮助学生削除对火的恐惧）
（3）用蒸发皿加热浓盐水
给每组学生发放盛浓盐水的蒸发皿，用酒精灯加热，要注意观察现象，也要注意安全，不要凑得太近，避免溅出物烫伤
（加热过程中学生会比较认真地观察到水的蒸发和食盐颗粒的析出，会很兴奋）加热时的安全是要随时关注的 4.得出结论
蒸发皿里的水分消失停止加热，观察蒸发皿里的物质是什么，与食盐颗粒对比（学生很容易得出结论，蒸发皿里的物质是食盐，学生会很有成就感）
三、总结收获，拓展延伸
通过加热蒸发浓盐水，我们发现溶解在水里的食盐不能通过自行沉降和过滤的方法分离，却能用蒸发的方法从水中分离出来。
水分离技术 篇3
针对油井油气水三相流量测量难、测准更难这一实际问题，对溢气型集流伞的结构作了优化和改进，设计出一种自力式油气水三相流气液分离装置，装置上安装了涡轮流量计和电导持水率计，完成油气水产出剖面测井仪的研制。利用多相流测试系统对产出剖面测井仪进行了流量测量实验，实验结果表明，产出剖面测井仪能有效降低油井气相对油井液相流量和持水率测量的影响，可提高油田测量精度及采收率。
关键词：
油气水三相流； 集流伞； 气液分离
中图分类号： P 631.8+3文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.06.016
引言
油井在整个工作过程中所进行的地球物理测井统称为生产测井。生产测井已成为油气藏科学管理和提高采收率不可缺少的手段[12]。产出剖面测井，即油井内的多相流测量，是生产测井的一个重要组成部分。产出剖面测井可动态测量油井内各产层产出流体的类型及分相流量，可以为油井注采方案的制定和调整提供可靠依据[34]。在实际生产过程中，油井三相流产出剖面测井主要采用溢气型集流伞方式进行三相分离和流量测量，其测量结果与地面测量结果差别很大，根本原因在于溢气型集流伞未能有效分离出气相。由于油井中的介质大多情况下是以油、水、气三相流的状态存在的，因此油井产气是不可避免的现象[56]。对于油气水三相流的油井，虽然涡轮流量计[7]和持水率计均有较明显的响应特性，但随着气量的逐渐增多，对流量计和持水率计的影响增大，导致测量结果与实际偏差较大。
鉴于现有油田测井设备能够较准确测量两相流油井产液剖面的流量和持水率，现设计和开发一种自力式油气水三相流气液分离装置，实现气液分离，配合涡轮流量计和电导持水率计，完成油气水产出剖面测井仪的研制，并且利用多相流测试系统对三相流油井产液剖面进行测量，不但可显著降低油井产气对流量和持水率的影响，而且能提高测量的精度，具有重要的现实意义。
1自力式油气水三相流气液分离装置工作原理
由于中国油田多数油井为机采井，测井仪器仅能通过油管和套管之间的环形空间起下，一般要求仪器外径不超过28 mm，所以称为过环空找水测井[8]。文
中设计的自力式油气水三相流气液分离装置（以下统称为“装置”）安装在套管内，其剖面结构如图1所示。该装置主要由集流伞、出液口、进液口、出气口、进气口及进气阀门等六部分组成。其中气液分离阀是由
厚度为2 mm、长度为30 mm的环形木质材料制成的。其工作原理为：在油井过环空找水测井中，当
集流器采用该装置集流时，井中向上运动的油、气、水三相流到达集流伞部位时由于密度不同而发生分离，
气体由于密度小首先占据伞尖位置而形成气顶，原油位于气顶下面形成油堵，油层下面是水。随着集流的进行，气顶体积不断加大并向下扩张，当气顶的底面到达伞布的底沿时，液体通过进液孔进入装置，而此时进气阀门完全处于气体中，由于进气阀门是木质材料，密度大于气体密度，因此阀门打开，气体通过进气孔进入装置，通过排气孔排出伞外。随着集气的继续进行，气体排出伞外，油、水达到伞的顶部，由于进气阀门的密度小于油的密度，故关闭阀门，集气继续进行，重复之前的过程，气体几乎全部排出伞外，达到气液分离的效果。
膜分离技术在水处理中的应用 篇4
膜分离技术是一门分离新技术, 出现在20世纪初, 20世纪60年代迅速崛起。近半个世纪以来, 膜分离技术在多个行业得到了广泛的应用, 也使得膜分离技术本身得到了很大发展。膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 工艺简单, 易于操作, 能耗低, 清洁, 无二次污染, 可取得良好的分离净化效果, 在水处理行业得到了广泛的应用。近年来, 在全球许多国家, 膜分离技术得到了重视, 迅速发展起来。
1 膜分离技术的原理与特点
膜分离技术的原理:在液体混合物中, 对于不同的气体或液体组分, 膜的选择渗透作用性能是不同的, 膜分离技术就是是利用膜的选择渗透作用的差异而发挥作用的, 它的推动力是外界能量、化学位差, 对多组分混合的气体或液体, 进行分离, 分级, 提纯, 它在污水处理、食品、能源、医药以及化工生产等行业中, 得到了广泛的应用, 取得了迅速的发展。
膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 与传统的分离净化方法相比, 它的特点在于工艺简单, 能耗低, 无二次污染, 而且分离净化的效果较好。由于膜分离技术功能比较多, 包括对气体或液体混合物的分离、浓缩、纯化、精制, 而且操程简单, 净化效果好, 能耗低, 清洁环保, 过滤过程简单, 易于控制, 因此, 目前广泛应用于食品行业、医药生产、生物科技、节能环保、水处理、化工生产、造纸工业、能源开发、石油、冶金、电子生产等领域, 不但使企业收获了巨大的经济效益, 而且对社会具有很好的环保功效, 在当今分离科学中, 膜分离技术成为了首屈一指的重要技术, 受到了越来越多的行业的专业人士的重视。
2 膜分离技术在水处理中的应用
1) 处理饮用水
随着我国经济的发展, 环境污染及水污染情况也日益严重, 人们对饮用水的水质, 也考虑了水污染的因素, 饮用水的净化也越来越普遍。水的净化, 主要是除去水中的悬浮物、细菌、病毒等有害物质与成分, 膜分离技术用于饮用水的净化, 发挥了其独特的作用, 是一个重大的水处理的突破。膜分离技术中的水处理方法有很多种, 包括微滤、超滤和纳滤等, 过滤能力很强大, 对于去除水中的微米级的颗粒效果很好, 与常规水处理技术中的过滤能力相比, 显示出很大的优越性。对于纳米级微粒, 过滤的办法并不能有效去除, 而膜分离技术可轻松去除纳米级微粒, 有效去除水中的悬浮物、细菌与病毒等有害物质与成分, 大大提升饮用水的水质。
2) 处理工业废水
随着我国工业的快速发展, 工业废水的排放也成为了环保部门头疼的话题。很多工业废水排放的范围广, 排量大, 大多含有不同浓度的化学物质, 有的甚至有毒性, 对人类健康与环境保护, 都有很大的危害。为了保障人类身体健康, 保护环境, 并回收废水中的有用物质, 节约能源与资源, 促进经济的可持续发展, 工业废水必须进行严格的净化处理, 达标之后, 才能排放。在处理工业废水方面, 膜分离技术同样显示出了其独特的作用。对于工业废水, 它不但能进行有效的净化, 处理后的废水实现达标排放, 又使废水中的有用成分得到了回收, 实现循环利用, 可节省很多能源, 收到很好的环保与节能效果。因此, 在处理工业废水中, 膜分离技术得到了广泛的应用。经过膜分离技术处理后的废水, 既能达标排放, 又使废水中的有用成分得到了回收, 实现了循环利用, 促进了经济的可持续发展。
3) 海水淡化
海水是地球上占水资源比例最大的水体, 面对淡水资源的危机, 把海水进行淡化, 是解决全球水资源危机的一个重要途径。目前, 用于海水淡化的膜分离技术, 主要有反渗透、电渗透和膜蒸馏等。电渗析技术可直接将海水淡化, 来制造饮用水, 但其缺点是能耗高, 水的回收率低。用反渗透膜进行海水淡化, 不但耗能低, 而且其脱盐率很高。反渗透技术的出现, 是海水淡化领域的一次重大变革与突破, 它使海水淡化的成本得到了极大的降低。目前, 利用反渗透的方法, 对海水进行淡化, 以此来制取饮用水, 解决淡水资源不足的问题, 是最为省钱的办法。正是因为如此的优势, 在海水淡化领域, 反渗透技术的应用, 得到了推广。膜蒸馏技术的优点很多, 例如, 设备简单, 能耗低, 清洁, 操作容易, 环保, 膜的使用寿命长。
4) 苦咸水脱盐
为了解决我国淡水资源紧缺的问题, 把苦咸水进行脱盐淡化, 是一个有效的途径。目前, 用于苦咸水脱盐淡化的膜分离技术, 主要包括电渗析技术、反渗透技术、纳滤技术。由于电渗析技术对于水中的有机物和细菌, 不能有效去除, 而且能耗大, 使它的应用的范围不广泛。反渗透技术对苦咸水脱盐淡化, 处理后的水质很好, 高于饮用水卫生标准。反渗透法操程简单, 净化效果好, 能耗低, 清洁环保, 过滤过程简单, 易于控制, 而且成本低, 是苦咸水脱盐淡化的最经济的方法。
总之, 膜分离技术在水处理领域, 得到了广泛的应用, 我们要不断改进和提高膜分离技术, 不断扩大膜分离技术的应用范围, 使膜分离技术在更多领域发挥更大的作用, 推进我国经济的持续健康发展。
摘要：膜分离技术作为一种新的分离净化方法, 与传统的分离净化方法相比, 它的特点在于工艺简单, 能耗低, 无二次污染, 而且分离净化的效果较好, 在水处理行业得到了广泛的应用。近年来, 在全球许多国家, 膜分离技术得到了重视, 迅速发展起来。本文探讨了膜分离技术在水处理中的应用。
关键词：膜分离技术,水处理,应用
参考文献
[1]曾欣.膜分离技术在水处理中的应用[J].科技信息 (学术研究) , 2007-10-25.
[2]徐新阳, 马铮铮.膜过滤在污水处理中的应用研究进展[J].气象与环境学报, 2007, 23 (4) :53-54.
[3]吴光, 邱广明, 陈翠仙, 等.超滤膜法城市污水深度处理中水回用中试实验研究[J].膜科学与技术, 2004, 24 (1) :40-43.
[4]谭永文, 张希建, 陈文松, 等.荣成万吨级反渗透海水淡化示范工程[J].水处理技术, 2004, 30 (3) :157-161.
[5]王建黎, 计建炳, 徐又一.膜分离技术在水处理领域的应用[J].膜科学与技术, 2005, 23 (5) :65-68.
柱色谱分离技术 篇5
柱色谱分离技术操作规程
1．装柱
装柱的好坏直接影响分离效率。装柱之前，先将空柱洗净干燥，然后将柱垂直固定在铁架台上。如果色谱柱下端没有砂芯横隔，就取一小团脱脂棉，用玻璃棒将其推至柱底，再在上面铺上一层厚0.5~1cm的石英砂，然后进行装柱。
装柱的方法有湿法和干法两种。
①湿法装柱：将吸附剂用洗脱剂中极性最低的洗脱剂调成糊状，在柱内先加入约3/4柱高的洗脱剂，再将调好的吸附剂边敲打柱身边倒入柱中，同时打开柱子的下端活塞，在色谱柱下面放一个干净并干燥的锥形瓶，接收洗脱剂。当装入的吸附剂有一定的高度时，洗脱剂流下速度变慢，待所用吸附剂全部装完后，用流下来的洗脱剂转移残留的吸附剂，并将柱内壁残留的吸附剂淋洗下来。在此过程中，应不断敲打色谱柱，以使色谱柱填充均匀并没有气泡。柱子填充完后，在吸附剂上端覆盖一层约0.5cm厚的石英砂或覆盖一片比柱内径略小的圆形滤纸。
②干法装柱：在色谱柱上端放一个干燥的漏斗，将吸附剂倒入漏斗中，使其成为细流连续地装入柱中，并轻轻敲打色谱柱柱身，使其填充均匀，再加入洗脱剂湿润。
2．加样
液体样品可以直接加入到色谱柱中，如浓度低可浓缩后再进行分离。固体样品应先用少量的溶剂溶解后再加入到柱中。在加入样品时，应先将柱内洗脱剂排至稍低于石英砂表面后停止排液，用滴管沿柱内壁把样品一次加完。在加入样品时，应注意滴管尽量向下靠近石英砂表面。样品加完后，打开下旋塞，使液体样品进入石英砂层后，再加入少量的洗脱剂将壁上的样品洗脱下来，待这部分液体的液面和吸附剂表面相齐时，即可打开安置在柱上装有洗脱剂的滴液漏斗的活塞，加入洗脱剂，进行洗脱。
3．洗脱
在洗脱过程中，样品在柱内的下移速度不能太快，如果溶剂流速较慢，则样品在柱中保留的时间长，各组分在固定相和流动相之间能得到充分的吸附或分配作用，从而使混合物，尤其是结构、性质相似的组分得以分离。但样品在柱内的下移速度也不能太慢(甚至过夜)，因为吸附剂表面活性较大，时间太长有时可能造成某些成分被破坏，使色谱带扩散，影响分离效果。因此，层析时洗脱速度要适中。通常洗脱剂流出速度为每分钟5~10滴，若洗脱剂下移速度太慢可适当加压或用水泵减压，以加快洗脱速度，直至所有色带被分开。
4．收集
如果样品中各组分都有颜色时，可根据不同的色带用锥形瓶分别进行收集，然后分别将洗脱剂蒸除得到纯组分。如果没有颜色的，只能分段收集洗脱液，再用薄层色谱或其他方法鉴定各段洗脱液的成分，成分相同者可以合并。
1.吸附剂的选择及处理
吸附剂分为无机吸附剂如硅胶、氧化铝、活性炭、氧化镁、碳酸钙、磷酸钙，有机吸附剂如纤维素、淀粉、蔗糖、聚酰胺等。一般来说，所选择吸附剂应有较大的比表面积和足够的吸附能力：对欲分离的不同物质应有不同的吸附能力，即有足够的分辨力；与洗脱剂、溶剂及样品组分不会发生化学反应；吸附剂颗粒均匀。吸附剂一般先经过筛获得均匀的颗粒（100-200目），对含有杂质的吸附剂可用有机溶剂如甲醇、乙醇、乙酸乙酯等浸泡处理或提取除去，有些吸附剂可用沸水洗去酸碱使呈中性，有些需经加热处理活化。2.溶剂与洗脱剂
两者常为同一组分,但用途不同。习惯上把用于溶解样品的溶液称为溶剂，把用于洗脱洗脱柱的溶液称洗脱剂。原则上所选的溶剂和洗脱剂要求纯度高，与样品和吸附剂不起化学反应，对样品的溶解度大，粘度小，易流动，易与洗脱的组分分开。常用的溶剂和洗脱剂有饱和碳氢化合物、醇、酚、醚、卤化烷、有机酸等。
3．柱的装填和样品的加入
色谱柱一般为玻璃或有机玻璃管制成，柱下端装上一块2-4号烧结玻璃或垫一层玻璃丝以支持吸附剂，管内装吸附剂。有条件可附加压或减压装置，使流速保持恒定，色谱柱外也可配恒温管套。
装柱的方法通常是将一种在适当溶剂中的吸附剂调成糊状，慢慢地倒入关闭了出水口的柱中，同时不断搅拌上层糊状物，赶去气泡，并使装填物均匀的自然下降，装置所需要的高度后，打开出水口，让溶剂流出。注意柱的任何部分不能流干，即是说、再柱的表面始终保持着一层溶剂。
小心地用移液管把样品液绕柱内壁小心地加入，不要冲击着吸附剂的表面。加样的另一个办法是用一个注射器和蠕动泵把样品直接送到柱表面上。4.洗脱
在整个洗脱过程中，要使洗脱液通过柱时保持恒定的流速，可以用调节“操作压”来调控（操作压相当于在柱上面的贮液瓶中溶剂的水平和柱出口位置的水平之差）。另一个方法是时用蠕动泵。
超滤分离技术在水处理中的应用 篇6
1 超滤膜的工作原理
超滤膜主要采用的是物理分离方式, 其在对溶质进行分离的过程为:在微孔内或者膜表面吸附、滞留在孔内, 最后在膜表面的机械截留等。超滤膜具体的工作原理如图1所示。
2 超滤膜的材料以及制备
2.1 超滤膜材料
利用超滤膜来进行分子分离, 其主要任务就是寻找既有选择性, 又有高渗透性的膜。与此同时, 还要考虑到其温度稳定性、坚固性以及能否经受得住细菌以及化学物质的侵蚀、是否能够进行净化、杀菌, 并且还要达到成本最低化的目标。
就目前所研发出的超滤分离技术来看, 超滤普遍应用的是聚酰胺膜和醋酸纤维素膜。
2.2 超滤膜的制备方式
超滤膜材料是由无机与有机高分子两大类所构成的, 但是两类超滤膜的制备的方法并不相同。 (1) 有机高分子超滤膜的制备。超滤膜最为常见的就是非对称膜, 其主要采用复合膜法、相转化法以及拉伸法、烧结法等制备方式。使用相转化法的频率是所有的制备方法使用频率中最高的一个。其主要的原理就是提前分离混合均匀的聚合物溶液, 可以采用改变温度的方法实现诱导作用, 其中还包括暴露于非溶剂气体中或者浸入非溶剂浴等一系列方法。 (2) 无机超滤膜的制备。当前我国常见的无机超滤膜的制备方式有热分解法、溶胶-凝胶法、相分离-沥滤法以及阳极氧化法等。使用最为广泛的是溶胶-凝胶法。两种方式相比而言, 无机膜的成本比较高昂, 对一般的研究所来说, 产生的经济压力比较大, 因此对其进行进一步推广有一定的限制性。
3 超滤膜组件
超滤膜的组件结构主要包括:管式、板框式以及卷式、中空纤维式和条槽式等。最值得推广的就是毛细管式超滤膜, 因为其不管是在运行成本上、流苏控制情况还是在投资费用上, 甚至是就地清洗等综合情况都是最好的一种。
4 超滤膜的污染和清洗
超滤膜一般都是在过滤一些有使用价值和无使用价值的分子, 或者混合物, 因此在使用的过程中极易受到污染。超滤膜受能受到的污染, 一般可以分为浓差极化、固化, 出现凝胶层或者膜孔堵塞等情况。因此防止超滤膜受到污染的最基本的办法就是要消除凝胶层、减小浓差极化以及避免膜孔堵塞。
在进行膜清洗过程中既可以使用化学方法, 也可以使用物理清洗的方法。日常分离工作中最为常用的物理方法包括反冲洗、水洗以及气洗, 而化学方法使用比较广泛的有酸碱清洗、酶清洗以及使用表面活性剂、氧化剂等清洗。
5 超滤膜分离技术在水处理上的应用
超滤膜分离技术的应用非常广泛, 其不但可以进行油废水以及工业废水的分离, 更可以对人类的日常饮用水进行分离处理, 因此其具有非常广阔的前景。如我国农村地区的人口, 居住比较分散, 其日常饮用水也受地域的影响而水质千差万别, 但是由于经济的限制, 他们只能进行简单的处理, 而不能将水中的病毒和细菌完全清除出去, 某地区对饮用水的处理采用了分散式膜法处理, 有效净化了居民的饮用水, 成效颇大。膜处理技术比传统水处理技术所用的设备更简单, 在操作上更容易, 充分体现了节能稳定的特性。
6 结论及展望
随着社会的发展, 人们越来越重视饮水安全, 社会将越来越重视超滤膜分离技术对饮用水以及工业用水的分离及净化, 对其的研究和开发会更加深入。但是超滤分离技术受膜易遭受污染的影响, 因此需要消耗大量的能量来使其维持原有的状态, 这无疑会提高超滤膜的运行成本, 而对其进一步推广有了限制, 因此我国目前需要解决的当务之急是设计和研发更耐脏、高强度的超滤膜组件, 使超滤分离技术造福于人类。
参考文献
水分离技术 篇7
目前普遍采用的矿井水处理技术大多是传统的混凝沉淀、过滤工艺, 在实际运行中存在占地面积很大, 水力停留时间较长, 煤泥含水率高等弊端。超磁分离工艺是近几年发展起来的一项矿井水处理技术, 其处理后的水质可达到中水回用标准。与常规工艺比较, 超磁分离技术工艺具有装置体积小、占地面积小, 运行成本低的特点。
1 超磁分离工艺流程
超磁分离技术在煤矿水处理中应用属于起步阶段, 目前应用较少。国内采用该技术处理矿井水的煤矿主要分布在山东和内蒙古, 其主要工艺流程为矿井水进入混凝系统后, 在混凝系统中投加重介磁种、PAC和PAM, 通过搅拌混凝, 形成以磁种作为“核”的悬浮物絮体, 包含磁种的悬浮物 (也称为磁性絮团) 流经磁分离机 (盘式磁选机) , 利用超磁分离机里的稀土永磁磁盘的高强磁力, 实现磁性絮团与水的快速分离[1]。
超磁分离机分离后的含磁种污泥, 通过缷渣系统输送至磁分离磁鼓, 实现磁种与污泥的有效分离, 并回收循环使用磁种。脱磁后的污泥, 进入污泥池, 通过压滤机脱水后, 泥饼通过矿车运至井下运煤皮带, 输送至地面。
2 处理效果
通过对山东某煤矿采用该工艺的矿井水处理站进出水悬浮物指标进行监测, SS指标进水浓度为308~523mg/L, 经超磁分离系统处理后, 出水浓度为5~10mg/L。超磁分离系统对SS的平均去除效率为98.1%, 去除效果较好。
3 与传统工艺经济技术指标对比
通过对山东某煤矿矿井水处理站运行情况为期20天的统计, 对其能源、药剂消耗情况进行统计, 并与国内煤矿矿井水处理中的常见工艺进行对比, 对比情况详见表1。
4 工艺特点
通过对超磁分离技术的原理和实际应用情况进行分析可知, 本工艺主要特点有:
4.1 药剂投加量少
该工艺采用磁力吸附实现分离, 仅需要少量药剂使水体中的悬浮物形成微絮凝。与传统工艺相比, 最多可降低60%的药剂使用量。
4.2 节省占地
与传统工艺相比, 该工艺所需水力停留时间较短, 相应的所需占地和空间较传统工艺减少83%。
4.3 污泥含水率低
磁分离设备通过磁力吸附实现絮团和水的完全分离, 污泥含水率较传统工艺降低5~6%, 可以有效降低污泥池的池容, 节省占地。
4.4 超磁分离井下与地面布置优劣势分析
由于该工艺具有占地面积小这一显著特点, 目前已建成的采用超磁分离技术的矿井水处理站均位于井下, 井下排水自流进入处理站后, 通过排水渠进入井下水仓, 目前尚没有地面处理的应用。
由于将矿井水处理站布置在井下存在一定的制约条件, 在井下不具备建设条件时需将处理站布置在地面, 对一座处理规模为1000m3/h的矿井水处理站布置在井下和地面两种形式分别进行模拟设计, 对比分析两种布置形式的优劣势, 详见表2。
根据表中两种布置形式的优劣势分析结果, 如果煤矿项目属于地面用地制约大或矿井水量大并且变化不大的项目, 或者是改扩建项目井下有可利用的废弃巷道, 可以优先考虑采用井下布置的形式;如果属于水文地质条件复杂, 水量随季节或采区变化较大或者后续需进行深度处理的项目, 则可以优先考虑采用地面布置的形式。
5 结语
与传统工艺相比, 超磁分离工艺具有药剂投加量少、节省占地、污泥含水率低等特点。由于其具有节省占地这一显著特点, 其可以直接布置在井下巷道中。该工艺布置形式较为灵活, 煤矿可根据自身条件选择井下、地面两种布置形式。采用超磁分离工艺为我国煤矿矿井水处理克服传统工艺的弊端提供一个方向。
摘要：我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国, 在采煤过程中不可避免的产生大量的矿井水。矿井水中含有大量的悬浮物, 必须经处理后方可排放或进行综合利用。矿井水处理传统工艺存在占地面积很大, 水力停留时间较长, 煤泥含水率高等弊端。我们对采用超磁分离工艺的矿井水处理站进行统计分析其工艺特点, 并分析其井下与地面两种布置形式的优劣势。
关键词：超磁分离,煤矿,工艺特点,节能形式
参考文献
[1]牛明礼, 单绍磊, 刘佳.超磁分离净化技术在矿井水井下处理站中的应用.能源环境保护, 2013, 27 (3) :34.
水分离技术 篇8
1. 膜分离技术定义
膜分离技术是一种在某种驱动力的作用下, 利用特定膜材料的透过性能, 实现对水中的离子、分子和杂质分离的技术。
主要分为反渗透 (简称RO) 、纳滤 (简称NF) 、微孔过滤 (简称MF) 、超滤 (简称UF) 和电渗析 (简称ED) 、渗透蒸发 (简称PV) 、液膜分离 (简称LM) 等。与传统的分离过程相比有着不可比拟的特点和优越性。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时, 则微孔膜 (MF) 的额定孔径范围为0.02~10μm;超滤膜 (UF) 为0.001~0.02μm;反渗透膜 (RO) 为0.0001~0.001μm。
2. 膜技术状态
(1) 反渗透膜 (Reverse Osmosis Membrane, RO) , 中文意思是逆渗透或者反渗透。一般水的流动方式是由低浓度流向高浓度, 水一旦加压后, 将由高浓度流向低浓度, 亦即所谓反渗透原理:由于RO膜的孔径是头发丝的一百万分之五 (0.0001μm) , 一般肉眼无法看到, 细菌、病毒是它的5000倍, 因此, 只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过, 其他杂质及重金属均由废水管排出。
最早应用于海水淡化, 自20世纪70年代进入海水淡化市场后发展十分迅速, RO用膜和组件已相当成熟, 组件脱盐率高达99.8%以上。近年来, 应用RO反渗透膜海水淡化的本体能耗在3 k W·h/m3以下, 成为从海水制取饮用水最廉价的方法。RO还广泛用于苦咸水淡化以及纯水和超纯水的制备, 成为经济的制备工艺过程。纯水和超纯水的制备在电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业广泛采用;苦咸水淡化在西部大开发中将进一步发挥作用。同时RO反渗透技术已应用于电镀、矿山、放射、垃圾渗滤液等废水的浓缩处理, 以及水回用或达标排放等。
(2) 超滤膜 (Ultra Filtration Membrane, UF) 。一种孔径规格一致, 额定孔径范围为0.001~0.02μm的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓, 也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离, 其应用领域在不断扩大。超滤膜的制膜技术, 即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多, 如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜, 用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式, 广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。
(3) 纳滤膜 (Nano Filtration Membrane, NF) 。纳滤 (简称NF) 介于反渗透和超滤膜之间, 是近10年发展较快的一项膜技术, 其推动力仍是水压。纳滤膜的开发始于20世纪70年代, 最初开发目的是用膜法代替常规的石灰法和离子交换法的软化过程, 所以纳滤膜早期也被称为软化膜。目前国际上的纳滤膜多半是聚酰胺复合膜, 切割分子量100~1000。主要用于去除直径为1nm左右的溶质粒子, 对Na Cl脱除率在80%左右。RO膜几乎对所有的溶质都有较高的脱除率, 但NF膜只对特定的溶质 (如Mg SO4) 具有高脱除率。NF膜的最大特征是膜本体带有电荷, 这使它在很低操作压力下 (0.5 MPa) 仍具有较高的脱盐率。
纳滤可应用在石油平台的废水处理, 石油平台产生的废水, 经处理后, 废水排出船外, 石油送至岸上。要求排放水的有机物 (TOC) 含量必须<48 mg/kg。许多海岸平台采用重力沉降器、除沫器、气浮等设备分离油和水。这些设备根据相分离原理实现分离。在大多数情况下, 由于原水中溶解有机物含量过高, 很难降低到允许的限度。
废水中的低分子量羧酸主要是由水溶性有机物构成。它不溶于二氯二氟甲烷 (氟利昂) , 骨架上具有4个更大碳原子的羧酸溶于氟利昂。但具有4个更大碳原子的羧酸不溶于水。因而, 所选择的膜应能去除C5~C10范围内的羧酸, 以及去除其他水溶性有机物。C.Bartels采用直径76 cm、循环式纳滤装置, 在平台温度30~40℃、料液速率1.1 m/min、压力1.3 MPa条件下进行了试验。试验结果:由于C4和更大碳原子的羧酸溶于氟利昂, 因此选用己酸作为模拟有机物。废水中加入40 000 mg/kg的Na Cl模拟盐含量的影响。对这种模拟液膜的性能较差。但当p H试液从初始3.3增高时, 膜的选择性和通量增加。p H=7时, 膜的脱除率约60%, 膜A的通量为151.4 L/d, 膜B的通量为10 210 L/d。
(4) 微滤膜 (Millipore Filtration Membrane, MF) 。属于精密过滤, 其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材料分为有机和无机两大类, 有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征, 微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物, 以达到净化、分离、浓缩的目的。能截留0.1~1μm的颗粒。微滤膜允许大分子和溶解性固体 (无机盐) 等通过, 但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为0.07~0.7 MPa。
(5) 膜生物反应器 (Membrane Bioreactor, MBR) 技术。MBR是膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型污水处理技术。一般中水处理工艺出水中的病菌、病毒数量多, 水质不稳定, 消毒剂用量大。在生物反应器内放置0.02μm的微/超滤膜, 可过滤截留全部胶体污染物质与细菌、大部分病毒, 并通过活性污泥消化分解污染物质, 膜产水优质稳定, 只需较少的消毒剂用量就能消灭剩余的病毒:如排入城市污水处理厂也将显著减轻残余消毒剂对生物处理系统的破坏作用。优越的处理性能使MBR在工程应用中取得了相当大的成绩, 但要在应用中进一步提高竞争力和扩大市场份额, 仍面临着诸多挑战。
提升膜材料和膜组件性能。进一步开发寿命长、强度好、抗污染、价格低的膜材料, 对膜组件的研究应朝着处理能力大、能耗低的方向发展。膜污染及其控制策略。利用分子生物学、显微可视化方法等深入研究膜污染机理, 探索更为有效、简便的方法以控制和减缓膜污染的发生与发展。
MBR的经济性。与传统工艺相比, MBR费用仍偏高, 需进一步降低其能耗以增强MBR的竞争力, 因此需加强对MBR经济性的研究 (如能耗、清洗费用、劳动力成本等) 。扩大MBR的处理规模和应用领域, 尤其是对高浓度污水和难降解废水的处理, 解决MBR用于大规模工程项目中出现的新问题。
膜组件的更换与标准化。除新建项目外, 已有MBR污水处理项目中膜组件的更换, 将进一步拉动MBR市场的发展。以每年的市场增长率为10% (新建项目) 、膜组件的平均使用寿命为5年计, 膜组件的更换最终将占到每年膜销售量的40%。为进一步降低膜的成本费用, 提高MBR工艺的经济性和竞争力, 有必要对MBR的膜组件进行标准化设计。
(6) 连续膜过滤 (Continuous Membrane Filtration, CMF) 技术。连续膜过滤 (CMF) 深度水处理系统是为中水回用设计, CMF技术采用独特结构的中空纤维膜元件和气水双洗工艺。城市污水与一般有机工业废水经二级生化处理后, 再经CMF技术可去除细菌、微生物和悬浮物等杂质, 净化后的水清澈透明。CMF中水工艺设备系统采用模块化设计, 可根据处理水量大小进行组合;系统自动化控制程度高, 可以降低劳动力成本, 降低运行费用。以日处理回用10 000 m3二级生化出水为例, 总投资成本为200~400元/ (m3/日) 、运行费用为0.35~0.55元/m3、年节省费用 (按水价2.8元/m3) 为50万元左右、静态投资回收期<1年。CMF中水工艺设备的膜过滤通量大, 系统抗污染性能强。适用于污水处理厂二级生化出水的再生回用, 同时也可用于地表水、工业冷却水过滤作中水用途。适宜应用于城市污水处理厂中水直接生产。
二、膜材料
膜材料作为膜分离技术的核心越来越受到人们的关注。最早的分离膜材料是纤维素及其衍生物, 近年来, 各种高性能纤维素及高分子有机聚合物膜材料的开发层出不穷, 并出现了新型的陶瓷、多孔玻璃、氧化铝等无机膜材料和有机-无机混合膜材料。为了更好地发挥膜技术的优势, 分离膜材料成为近年来研究的热点。
1. 新型膜材料
(1) 金属膜。国外新研制的金属膜采用不对称结构, 以粗金属粉末作支撑材料, 以同种合金的细粉末喷涂作有效滤层 (厚度<200μm) , 其孔径分布集中在1~2μm, 属微滤 (MF) 范围, 颗粒物难以进入滤膜内部堵塞滤道而滞留在膜表面, 形成表面过滤。与传统多孔烧结金属滤材相比, 不对称金属膜滤通量高3~4倍, 压降较小, 反冲洗周期长达6~8个月且反冲效果较好。
(2) 有机-无机混合膜。制造有机-无机混合膜, 使之兼具有机膜及无机膜的长处。无机矿物颗粒 (如二氧化锆) 掺入有机多孔聚合物 (如聚丙烯腈) 网状结构中形成的有机-无机矿物膜, 具有机膜的柔韧性及无机膜的抗压性能、表面特性, 可显著提高表面孔隙率及通量。填料类型、粒径、比表面积对膜性能均有影响。
(3) 新型有机膜。大连理工大学研究开发出一种新型含二氮杂萘铜结构类双酚单体 (DHPZ) , 该单体具有芳环杂非共平面扭曲结构, 由其合成的含二氮杂萘铜结构的聚芳醚铜 (PPEK) 和聚芳醚砜 (PPES) 具有耐高温、可溶解的综合性能。
2. 膜材料的改性
纤维素是最早应用的膜材料, 纤维素及其衍生物作为分离膜材料具有来源广泛、价格低廉、制膜工艺简单、成膜性能良好、成膜后选择性高、亲水性好、透水量大、机械强度高、孔径分布窄和使用寿命长等突出优点。但是这类膜也存在一些不容忽视的缺点, 如目前使用最为广泛的乙酸纤维素膜 (CA) 存在p H适用范围小、不耐高温、不耐微生物腐蚀、易生物降解、抗化学腐蚀性差、易被酸碱水解、抗压实性差、易被压密等缺点。为了充分发挥纤维素及其衍生物膜材料的优点, 克服其缺点, 人们对其进行了大量的改性研究, 并开发出一些新型的高分子膜材料。
从20世纪80年代初开始, 采用耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较好机械强度的特种工程高分子材料作为膜材料, 克服了用纤维素类材料所制膜易被细菌侵蚀、不适合酸碱清洗液洗、不耐高温和机械强度较差等弱点。先后出现了聚砜 (PSF) 、聚丙烯腈 (PAN) 、聚偏氟乙烯 (PVDF) 、聚醚酮 (PEK) 、聚醚砜 (PES) 等多种特种工程高分子材料, 这些材料的出现使得膜的品种和应用范围大大增加。有机膜虽然耐高温、耐酸碱、耐细菌腐蚀, 但制出的膜针孔很多, 不易制出截留分子量小、透水速度高的膜产品, 且由于特种工程高分子材料具有较强的疏水性, 用这些材料制成的膜表面亲水性差, 在实际使用中, 由于被分离物质在疏水表面产生吸附等原因, 易造成膜污染, 其后果是带来膜通量明显下降、膜使用寿命缩短、生产成本增加等一系列问题, 成为膜技术进一步推广应用的阻碍。因此, 若要保持特种工程高分子材料耐热性、耐化学稳定性、耐细菌侵蚀和较高的机械强度等优点, 又要克服其疏水、易造成膜污染的缺点, 就必须对膜材料进行改性。高分子分离膜材料的亲水改性主要有化学改性和物理改性两种方法, 化学改性可以通过膜材料化学改性和膜表面化学改性来实现;物理改性即高分子膜材料的物理共混, 也可以改善膜材料的亲水性能。膜的改性, 增大膜的透水量, 尤其是在膜表面引入亲水性基团是解决问题的关键。提高膜的亲水性, 则膜的透水量变大, 但亲水性过高后, 膜不仅易溶解, 而且会失去机械强度。因此, 巧妙地平衡膜的亲水性和疏水性是制作膜的关键。近年来研究的高分子膜的改性方法有等离子体改性法、表面活性剂改性法、紫外辐照法、高分子合金法和表面化学反应法等。
(1) 等离子体法。等离子体改性的原理是利用离子体中富集的各种活性粒子, 如离子、电子、自由基、激发态原子或分子等轰击高分子材料的表面, 使表面形成活性自由基, 利用活性自由基引发功能性单体使之在表面聚合或接枝到表面。利用等离子体处理疏水性较强的膜材料, 可以提高膜表面的能量, 同时也可方便地使膜表面带上羰基、羟基等极性基团, 以增强膜表面的极性而对材料本体损伤较小。与其他改性方法相比, 等离子体技术有其独特的优点:具有较高的能量密度;能够产生活性成分, 从而可快速、高效地引发通常条件下不能或难以实现的物理化学变化;能赋予改性层表面各种优异性能;改性层的厚度极薄 (几纳米到数百纳米) ;基体的整体性质不变;不产生大量副产品和废料, 无环境污染等。邢丹敏用氧等离子体照射改性聚氯乙烯 (PVC) 超滤膜, PVC经过等离子体处理以后, 膜表面生成的含氧基团主要是-COOH-及含羰基化合物 (-COO-) , 表面接触角明显减小, 入射功率为30 W, 处理时间为115 min, 预抽气压为1133 Pa, 工作气压为26 166 Pa时, 膜的截留特性保持不变, 纯水通量可增加10倍。
(2) 表面活性剂法。表面活性剂在膜表面的吸附改性, 是利用表面活性剂的极性或亲媒性显著不同的官能团在溶液与膜的界面上形成选择性定向吸附, 使界面的状态或性质发生显著变化, 从而达到改性目的。表面活性剂具有带电特性, 不仅可提供亲水性的膜表面, 而且表面活性剂在膜表面的吸附会增大膜的初始通量, 同时降低使用过程中通量的衰减和蛋白质在膜表面的吸附。陆晓峰等人在研究中分别选用了非离子型、阴离子型和两性离子的表面活性剂对聚砜超滤膜进行改性, 结果表明;用表面活性剂对膜改性后, 膜亲水性增强, 通量都比未改性膜有不同程度的提高;采用不同类型表面活性剂的改性效果优劣顺序为;非离子型表面活性剂, 离子型表面活性剂, 两性离子表面活性剂。但也发现随过滤时间的延长, 表面活性剂逐渐脱落, 通量下降。
(3) 紫外辐照法。辐照激发是在辐射能的作用下使膜的结构发生变化, 分子键断裂, 产生一些亲水性基团, 如羰基、乙烯基等。这些亲水性基团的增加使膜表面的亲水性基团增多, 通量增多, 但截留率和膜强度略有下降。辐照接枝聚合反应是通过γ射线、电子束、紫外线等高能辐射使聚合物分子链产生自由基, 再通过接枝聚合反应的方法在膜表面得到亲水性基团, 对制备亲水性膜是一种行之有效的方法。陆晓峰等将PVDF干膜经Co260γ源辐照, 在PVDF分子链上产生自由基, 苯乙烯基单体与之聚合接枝到PVDF膜上, 形成一定长度的支链, 再经磺化反应, 将苯乙烯基转化成具有磺酸基团的苯环。试验表明, 提高辐照剂量、延长接枝反应时间, 可提高接枝率。适当提高磺化反应温度和延长磺化反应时间, 可增加膜的交换容量。改性后的聚偏氟乙烯超滤膜, 截留率提高, 污染程度下降, 亲水性增强。
(4) 高分子合金法。高分子合金材料由多种高分子混合而成, 通过共混改性, 形成一种新的高分子多成分系统材料, 不仅可保留原有材料的优良性能, 还可克服原有材料的各自缺陷, 并产生原有材料所没有的优异性能。改性后的聚砜/聚丙烯酰胺合金膜具有良好的耐溶剂性能和耐压性能, 适用于非水体系的分离, 小试结果表明, 其具有一定的渗透通量和截留效果。在PVC分子上导入亲水基团, 对PVC材料进行物理改性, 即PVC材料合金化, 方法简单易行, 调节幅度大, 有着广阔的应用前景。以不锈钢金属纤维烧结毡作基材, 对一定浓度的PVA进行缩醛改性, 制备的金属-改性PVA亲水分相膜, 用其处理含油乳化废水, 具有操作压力小、处理量大和除油效果好等优点。
(5) 表面化学反应法。表面化学反应是在膜的表面引入另一种基团, 在表面反应的作用下改变膜的缺点。如表面磺化反应是通过引入具有负电荷的SO3-来改变膜的亲水性。目前, 在膜改性中磺化反应是应用最多的, 如磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚苯醚等。用磺化材料制得的膜亲水性好, 且抗污染性能有所提高。
(6) 其他改性方法。还有其他的一些膜材料改性方法, 如添加剂改性, 添加剂使膜表面结构永久性改变, 并使膜亲水性增强, 不易污损。这种膜的通量高、液体相容性好, 稳定性比市场上其他膜高4倍以上, 不需经常清洗, 特别适于原水预处理以减少用氯量, 对病毒的去除率达到70%~78%以上, 对细菌的去除率更高。
英国Kalsep公司在聚醚砜中加入低沾污添加剂化学改性制得一种广适性低沾污膜, 生产的Kalmen系列低沾污改性聚醚砜膜及成套设施已投放市场。也可用其他聚合物作添加剂, 形成亲水性水平不同的膜, 如水溶性聚乙烯吡咯烷酮添加剂能使聚砜膜具有亲水特性。此外, 还可以在辐照改性中引入其他物质, 如Stevens等人将水解明胶经紫外光照射固定到聚砜膜表面所得到的新膜, 其通量及抗污损能力亦显著提高。
三、国内高性能水处理膜材料上市公司
膜材料板块的上市公司包括裕兴股份 (300305) 、康得新 (002450) 、沧州明珠 (002108) 、东材科技 (601208) 、碧水源 (300070) 、万邦达、中电环保、维尔利、巴安水务、津膜科技等。其中, 从事膜生产的企业主要是碧水源 (MBR抗污染膜) 、津膜科技 (深度处理、及海水淡化) , 此外, 还有南方汇通下属的时代沃顿公司 (苦咸水淡化) 。
涉及的膜材料领域包括:高性能水处理膜材料 (高性能反渗透膜材料, 应用于海水淡化等;高通量纳滤膜材料, 应用于地下水制备饮用水等;MBR专用膜材料, 应用于大型市政污水处理等) 。面向过程工业的特种分离膜材料:高性能陶瓷膜及膜反应器, 应用于工业高精度分离等;气体分离膜材料, 应用于开发高纯气体等;气体净化膜材料, 应用于高温气体净化等;渗透汽化膜材料, 应用于溶剂分离等。离子交换膜材料:全氟离子交换膜, 应用于氯碱行业等;固体氧化物燃料电池膜材料, 应用于燃料电池等;双极膜和扩散渗析膜, 应用于废酸碱处理等。
1. 碧水源 (300070)
碧水源成立于2001年7月, 并于2010年4月在创业板上市, 是至今创业板募集资金最多的企业, 公司依托自身先进的膜生物技术, 为客户提供污水处理和和资源化整体解决方案, 并拥有较强的品牌与资金实力, 在自主创新与业务发展走在国际同行业前列, 成为我国环保新型产业的龙头企业。
公司从事的主营业务是作为MBR技术整体解决方案提供商, 为客户一揽子提供应用MBR技术建造污水处理厂或再生水厂的整体技术解决方案, 主要业务领域是城市污水处理与再生利用, 同时还承担新农村建设及水源保护区水环境治理等业务。
公司经过多年不断的技术研发与创新, 已在国际公认的MBRR工艺技术、膜组器设备技术和膜材料制造技术3大关键领域, 全面拥有核心技术与知识产权, 并成功地投入了商业化应用, 关键性的核心技术处于行业领先水平。公司与清华大学等合作研发的"低能耗膜--生物反应器污水资源化新技术与工程应用"获国家科学技术进步奖二等奖。公司研发的污水资源化膜生物反应器 (MBRU) 荣获“国家自主创新产品证书”;MBR-120型成套膜组器和节能降耗大型膜生物反应器组器, 先后荣获“国家重点新产品证书”;公司膜生物反应器技术核心设备产业化研发荣获“国家火炬计划项目证书”;公司承建的北京密云再生水厂工程荣获“国家重点环境保护实用技术示范工程”。为促进公司业务发展, 公司研发费用逐年增加, 占营业收入的比例也相应提高。
在研发与自主创新方面, 公司在超/微滤膜制造技术、新一代节能降耗、新型膜组组器设备技术、MBR与CMF应用工艺技术等以膜技术为核心的技术开发领域进一步取得进展, 并处于行业领先地位。同时, 公司开始利用自身的技术进入工业污水领域, 形成了综合技术实力。另外, 公司作为牵头人承担了国家水专项、863等多个国家级科研项目, 成功实现了公司研发方向与国家科研规划的完全融合;在膜材料生产方面展, 公司在北京怀柔基地继续扩大产能、在昆明开建新的基地, 并在无锡与日本三菱丽阳株式会社成立合资企业生产膜材料, 以满足公司日益增长的市场需求。公司目前已成成为全球最大的超/微滤膜制造商之一, 并实现了用膜的完全自给;同时, 公司在管理、品牌、人力资源等领域均取得进展, 公司的管理水平不断提升, 员工数量大幅增加, 公司品牌已成为行业内的著名品牌。
碧水源承建工程中的自产膜均来自北京碧水源膜科技公司, 年产能合计230万平米。公司承建的污水一体化处理工程, 已实现膜材料的完全自给。湖南碧水源 (100万平米) 、无锡丽阳 (超滤膜100万平米) 、内蒙古东源水务 (超微滤膜100万平米) 公司先后成立, 均设计建设膜生产线。
2. 津膜科技 (300334)
2012年07月05日上市, 从事超, 微滤膜及膜组件的研发, 生产和销售, 并以此为基础向客户提, 供专业膜法水资源化整体解决方案, 包括技术方案设计, 工艺设计与实施, 膜单元装备集成及系统集成, 运营技术支持与售后服务等.作为国内最早从事膜法水处理相关设备制造的企业之一, 津膜科技在技术储备、不同类型项目经验上较为丰富。
公司膜法水处理业务范围已从污水处理及回用 (市政污水处理及回用、工业废水处理及回用) 逐步扩展到给水净化、海水淡化领域和少量工业特种分离领域。公司为国内膜法水处理领先企业。目前公司拥有溶液法中空纤维膜年产能百万平方米。公司的核心竞争优势在于拥有完整的膜制造和膜应用技术体系, 包括:系列化的配方技术和纺丝技术 (溶液纺丝、熔融纺丝、涂覆纺丝) 、系列化的膜应用技术 (CMF、SMF、MBR、TWF) 以及上述工艺技术的耦合技术。藉此, 公司膜法水处理已在市政污水/工业废水处理、市政/工业给水净化、海水淡化等领域积累了丰富的项目经验与领先的市场份额, 如公司的已建和在建市政污水处理规模每日40万吨、市政给水净化规模每日11万吨, 分别约占国内膜法水处理总规模的21%、10%。
膜法水处理资源化技术出众, 应用前景广阔。随着污水排放与给水水质标准的日益提高, 膜法水资源化技术因具有处理过程自动化、出水水质高且稳定性好等特点, 逐渐成为水资源化主流技术之一。目前全球膜组件、膜工程的市场规模约达110亿美元、400亿美元, 国内膜组件及膜工程市场规模约达320亿元。在近期我国明确提出水资源开发利用控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三条红线”的2030年水资源管理主要目标推动下, 预计我国膜市场年均增长25%~30%。
公司建设年产135万平方米复合热致相分离法高性能PVDF中空纤维膜产业化、日处理量135万吨的海水淡化预处理膜及成套装备产业化、技术研发中心及营销网络建设等项目。
截至目前, 津膜科技已投产的膜生产线年产能为110万平米, 生产的膜同时用于工程项目自用及外销。公司在建产能包括复合热致相分离法高性能PVDF中空纤维膜生产线 (135万平米) 、溶液法中空纤维膜生产线 (180万平米) , 目前产品已出口销售。同时, 公司在积极研发海水淡化相关反渗透膜等。
3. 南方汇通 (000920)
旗下公司贵阳沃顿申报的抗污染符合反渗透膜及组件产业化项目, 成为2011年全国16个获得中央资金支持的战略性新兴产业 (节能环保) 项目之一, 抗污染反渗透膜及组件产业化项目, 是在863计划课题成果基础上链接的产业化项目, 项目的实施将推进国产反渗透膜市场占有率及拓展环保应用领域等方面的步伐。
北京时代沃顿科技公司 (占42%) 及其控股子公司贵阳时代沃顿科技公司 (占95%) 主营复合反渗透膜生产, 其膜元件产品可用于海水淡化等水处理工程。北京时代沃顿由公司与南车集团株洲电力机车研究所共同组建, 是国内规模最大, 技术最强的复合反渗透膜生产厂商。目前拥有反渗透膜产能300万平米, 年产量超280万平米。占据海水淡化反渗透膜市场4%~5%份额, 占全国国内企业供给量的50%。
水分离技术 篇9
关键词：膜分离技术,水处理,环境工程
高科技的不断进步, 人口计划的政策放宽, 现如今的社会环境问题却是越来越让人担忧。冰山融化、温室效应、水污染等环境方面的问题应运而生, 特别是水污染。
不论城镇还是乡村, 到处是混浊的河水, 刺鼻的气味从河流上空传出, 河水中垃圾更是多的无法让人直视, 有些大面积的湖泊也遭遇到了不等程度的污染, 其中鱼虾死伤多数。这些致使很多地区的日常生活都受到很大的影响, 但是技术的进步, 出现了膜分离技术, 对水污染的治理起着重要的作用。
1 膜分离技术
1.1 什么是膜分离技术
膜分离技术出现在20 世纪初, 它是通过化学专业中的分离、浓缩等技术对一些溶液中的颗粒物质进行过滤分离, 然后使原始溶液变得纯净。它不像普通的过滤、蒸发过程, 需要一定的温度等其他条件, 它可在常温下进行, 而且具有简单、方便、快捷等优点。
1.2 膜分离技术分类
该项技术通过隔膜实现分离技术, 有很多种方法, 例如微滤、纳滤、反渗透等。常用领域为废水处理、海水淡化等, 并且得到了很大的经济利益, 在最近几十年发展迅猛。
1.2.1 微滤法
微滤, 顾名思义, 就是指利用微小的膜孔进行溶液之间的过滤, 微孔滤膜主要应用在气体、液体之间的微颗粒、菌类等, 实现净化及分离等作用。
微滤应用到了食品工业 (酒制造、饮料制造等) 、水污染工业、医疗药物专业等不同的领域。
1.2.2 反渗透法
反渗透是通过化学与物理学科知识的双重结合, 利用压力差实现分离效果。溶液中的不同溶质之间有着不一样的渗透压, 而科学技术人员只需要根据物质的渗透压给出相对应的大于该溶质渗透压的数值即可, 从而便达到了反渗透的作用效果, 也就做到了溶液物质之间的分离。
该办法具有先进、高效等优点, 在很多方面有广泛的使用, 主要领域便是水处理环境中的浓缩技术。反渗透法涉足了电子产业、农业产品加工工业、纯净水制造工业等领域。
1.2.3 超滤法
超滤与反渗透的作用原理有些相似, 也是通过压力进行推动, 使直径不同的分子之间进行分离。一般该方法的膜孔径位于20-1000A°左右。它具有空间占有率小等优势。
该项技术最早运用在工业化废水与污水处理方面。20 世纪六十年代的快速发展也使该项技术得到了广泛的利用。主要使用于资源与环境工程、医疗临床专业、中医药制剂专业等领域。
除了上述所介绍的几种方法之外, 膜分离技术还有电渗析、膜传感器等多种方法, 每种方法都对水处理有着不同程度的重大影响。
2 膜分离技术在水环境工程的应用
2.1 工业废水处理
人们保护环境的意识不太强烈, 因此环境污染变得一发不可收拾, 其中水污染特别严重。前段时间电视媒体不断报道:某某地区出现大量非本地区的死鱼, 该地全部居民都打捞不完, 这说明现如今水污染十分严重。工厂排放的工业废水、污水导致了河流、湖泊水资源的严重污染, 使水生物的生存环境受到巨大影响。而膜分离技术挽救了这一恶劣局面, 通过微滤、纳滤等方法将水中的杂质、有害微生物过滤出来, 从而将大区域的水资源变得干净无害, 还给自然界中水域原有清澈模样。
2.2 纯净水处理
人们饮用的水资源便是经过一系列加工处理后通过管道引入到各家各户。可是, 现在食品安全问题的频频曝光, 人们对于饮食方面的东西变得谨小慎微, 就连饮用水也不例外。
膜分离技术完美解决了这一问题, 利用过滤技术将水中的细菌、悬浮物质隔离, 使饮用水安全可靠无公害。该技术简单快捷, 使水的质量得到很大程度的提高, 并且经济效益高, 达到低成本、高回报的效果。
2.3 苦水、咸水处理
钻井部队在打井时会根据地质探测到不同程度的水资源, 但是水质却是无法提前得知的。因此, 地下水有时会是苦涩的。同样, 膜分离技术也可以将苦咸水变成饮用水的另一提供渠道。那么, 它是如何处理地下水的苦与咸的呢?地下水又是因什么而苦与咸的呢?
地下水的苦咸是因为水中的酸碱比例不当, 水中所含的碱度高于硬度, 盐分含量较高, 呈碱性化 (ph>7) 。地下水苦咸一般分布于北部和沿海地区。苦咸水的过量饮用会影响人们肠胃功能, 同时身体各方面的免疫机制也会低下。
膜分离技术中的纳滤法、渗析法可以使苦咸水中的细菌滤去, 已达到部分可以饮用的效果。但是, 该技术应用不频繁, 因而水资源回收利用率较低, 在某些地方还是需要进一步改进。
2.4 洋水淡化处理
人们都有的常识是海水是不可饮用的, 因为海水中含有大量的粗盐成分, 以及一些微生物等, 饮用会导致人类身体不适。而膜分离技术中使用的电渗析法、反渗透法使海水中的不可利用物质分离开, 已达到海水变饮用水的目的。但是, 目前该项处理方式不是很成熟, 在使用该项技术时, 经济方面耗费过大, 而且得到的效率不高, 所以如今海水淡化处理从根本上讲不是很乐观。
另一方面看, 海洋水处理电渗析方式也是具有优势的。该处理方式使短缺的饮用水资源得到补给, 而且此技术所需的硬件支持便于清洁处理。已知反渗透法成本低, 回收率高, 所以反渗透法相对于电渗析法来说, 是比较提倡使用的。总结两种方式, 都具有一定的提升空间, 因此海水淡化处理仍需不断进步发展。
3 结语
膜分离技术于20 世纪初产生, 在20 世纪60 年代快速发展, 并且得到了良好的反响, 因而该项技术需要不断的加强完善, 从而更好的运用于现代水处理环境工程中。膜分离技术包括了方便、环保、易于操控以及经济耗费低、回收水资源重利用率高等多项优点, 所以国家应给予大量的经济支持和技术支持来发展此项技术, 为国家的可利用水资源开发更多的供水渠道。总而言之, 膜分离技术为国家的发展奠定了强大的技术基础之一。
参考文献
[1]陈思贤, 曹娟.膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].工业工程与技术, 2014 (8) .
[2]华玲, 经倩楠, 范东宣.浅析膜分离技术在水处理环境工程中的应用[J].科技创业家, 2013 (7) .
水分离技术 篇10
本文中为研究便利, 以碎煤加压气化过程中产生的煤气水为例子进行分析。之所以选择碎煤加压气化技术, 是综合产业特点考虑的, 碎煤加压气化技术也是利用鲁奇炉进行的, 结合生产过沉重对煤气水进行分离的作业, 就可以直接展开;从整体来看, 煤气水分离工艺是对碎煤加压气化的废水处理过程, 而在废水中通常蕴含着多种有机物和无机物杂质, 形成诺度较高的工业废水。
虽然不同的煤质会造成不同杂质含量的煤气水, 但大部分情况下都具有“三高” (高浓度、高密度、高温度) 的特点, 这样的废水是不能够通过常规化处理直接排放的, 否则既污染环境, 其中蕴含的多种可回收资源也造成了浪费 (氨、酚、油等) ;因此, 可以把煤气水分离看作是一种处理和回收同时进行的工艺。通过煤气水分离, 一方面回收了废水中有价值的东西, 另一方面也能够达到环境保护的废水排放要求。
1 煤气水相关介绍
煤气水在煤炭化工中是一个过程名词, 因此, 它的来源也相当的广泛。
首先, 气化装置是煤气水的主要来源, 在鲁奇工艺当中, 一部分废水有汽化炉排出, 废水的形成是粗煤气在洗涤过程中被冷却造成的 (冷却器或废热锅炉) 。一般来说, 汽化炉中产生的煤气水总量占据整个工艺流程的50%左右, 同时还伴有大量的粉尘、溶解氧、二氧化碳以及焦油和酚类。所以在煤气水的处理工艺中, 汽化炉是最主要的部分。
其次, 从一氧化碳变换装置中出现的煤气水。一氧化碳变换装置是从粗煤气流经洗涤器过程中的第一次交换, 这粗煤气经过洗涤器, 然后流汽水分离器 (装置) , 这一阶段产生的煤气水大盖占总工艺流程的30%, 主要的成分是油、粉尘、氨和脂肪酸。
再次, 还有一部分煤气水在高压作用下, 经过汽水分离器之后, 最终进入了冷却器冷却凝结, 这一部分占据了整个工艺流程的10%, 成分也不太复杂。
以上三个部分是整个煤气水在碎煤加压气化过程中产生的最多的部分, 在其他流程中同样会产生煤气水, 并且成分含量差异明显。前期主要是循环水、粉尘、氨、酚类等, 中期主要以二氧化碳、脂肪酸、游离氨、焦油等为主, 后期主要是硫化氢、氯、脂肪酸等。
2 煤气水分离工艺原理概述
2.1 煤气水一般分离步骤
碎煤加压气化技术中所产生的煤气水处理工艺原理, 主要有一下的步骤。
第一, 煤气水收集之后先通过洗涤、冷却等工艺过程, 然后进行焦油和轻油的分离。这两个步骤是可以不断重复进行的, 所以化工企业会对鲁奇炉等设备进行设定, 可以出去大部分的固体杂质以及粉尘。
第二, 将焦油和轻油分离过之后的煤气水 (多余废水) 进行高温和高压分离处理, 主要的目的是对酚和氨进行回收, 随后进行生化处理。
第三, 经过前两部分对有机类物质的回收之后, 在进入生化处理之后就意味着进入了环境保护处理过程, 最后通常使用的手段是活性炭吸附、沉淀、化学制剂中和等。
第四, 经过观察、化验、审定之后, 废水进行排放。
2.2 煤气水分离工艺原理
煤气水的分离是一个非常复杂的过程, 需要经过多次的预处理, 当然工艺的设定也和回收产品的目的有关。以化肥厂为例, 主要将煤气水中的二氧化碳、一氧化碳、氨气、氢气、焦油、液体油类等分离出来, 并加以净化使用。
预处理方法通常有冷却、沉淀、高压、高温等, 其中温度和压力是对煤气水分离工艺效益影响最为明显的因素;温度的影响主要针对于工艺中的有机物, 如油、酚类和脂肪酸, 而压力影响主要是在物理变化过程中的变化, 例如对于沉淀的速度、溶解性和饱和度等等。
例如, 从汽化炉中出来的煤气水在一氧化碳变换装置中, 经过高压与煤气水混合, 可以加速混合状态的分离效果, 而温度从200摄氏度下降到150摄氏度, 再与变换装置和煤气冷却装置中的煤气水结合, 可以实现液态水和焦油的分离。
简单地说, 煤气水分离工艺有三个主要部分, 分别是闪蒸、沉淀和隔油。
其中, 闪蒸是利用减少压力、实现膨胀来降低煤气水液体平衡的气相分压, 随着温度的快速上升, 溶解在液体中的气体就会变化成气象状态, 这一过程是实现了气体和液体的分离;同样, 沉淀的方法是实现液体和固体的分离, 这一环节中回收的物质是焦油, 主要利用了固体和液体的密度差;隔油是将煤气水中的焦油等比水轻的物质过滤, 收集, 实现回收的目的。
2.3 煤气水分离中温度、压力的影响
温度和压力是煤气水分离中主要涉及到的两个影响因素, 而这两个因素影响的作用体现在煤气水分离的装置中。主流使用的煤气水分离设备主要有四种分别是:油分离器、初焦油分离器、最终油分离器等。
第一, 油分离器中, 理论压力为-0.5千帕到4千帕, 温度为120摄氏度, 实践中最佳的分离压力为0.5千帕到2千帕, 温度为69摄氏度。
第二, 在初焦油分离器中, 理论压力为-0.5千帕到4千帕, 温度为120摄氏度, 实践中最佳的分离压力为0.5千帕到2千帕, 温度为70摄氏度。
第三, 最终油分离器中, 理论压力为-0.5千帕到4千帕, 温度为120摄氏度, 实践中最佳的分离压力为0.5千帕到2千帕, 温度为67摄氏度。
第四, 双介质过滤器中, 理论压力为790千帕, 温度为100摄氏度, 实践中最佳的分离压力为400千帕, 温度为37摄氏度。
以上的四种设备是碎煤加压气化中煤气水分离的主要设备。截至目前而言, 随着鲁奇工艺的发展, 国内在煤气水分离过程中逐渐出现了一些新型的设备, 例如膨胀器、焦油分离器、煤气水冷却器、均化器等等, 在实际的应用中要根据分离工艺的方向来设定参数。
3 煤气水分离工艺的总结
煤气水分离是伴随着煤炭化工工业发展而出现的, 随着资源利用和环境保护的重要性提升, 在未来的发展中也会占据越来越重要的位置, 从工艺、技术角度来说, 还需要进一步的发展。
首先, 煤气水分离工艺中, 一个重要的指标是水煤气在压力作用下鹏展个, 形成溶解性气体的溶解度, 主要针对于气体发生作用;如果要对气体的控制实现最佳状态, 就必须要实现压力和温度的完美配合。
其次, 对于汽化炉装置的温度控制, 要防止气体从气化状态转变的速度, 防止过度乳化, 形成不易回收的交由凝结。
再次, 提取过焦油的煤气水中可以继续填料回收轻质油, 这一过程在很多工艺环节中容易忘记。油聚集成为凝结状态之后, 灰尘等杂质的粘附能力同时下降, 这个时候通过短时加压可以取得很好的分离效果。
综上所述, 煤气水处理对整个煤炭化工工业的发展具有举足轻重的作用, 是对资源重新利用和环境保护的重要工业。
摘要：煤气水是指在煤加压气化过程初期形成的“粗煤气”与大量水蒸气混合形成的状态, 这一混合物是有固态、液态和气态三种组成, 包含大量的焦油、酚、萘、无机盐以及溶解性其他等杂质, 这是煤炭化工企业加工过程中出现的工业废水, 不同的化工产品需求, 可以通过不同的分离技术提炼;煤气煤气水分离技术是利用鲁奇设备工艺进行的粗煤气分离技术, 在以煤炭工业为基础的化工企业中得到了广泛的应用, 本文针对当前这一技术的应用情况, 阐述温度、压力这两个主要指标对煤气水分离工艺的影响。
关键词：煤气水分离,鲁奇工艺,分离技术,温度,压力
参考文献
[1]陈文征.波纹板油水分离技术研究[D].中国石油大学, 2008.
[2]秦福涛.超疏水分离膜的制备与油水分离应用研究[D].大连理工大学, 2009.
[3]喻志强, 刘福来, 辛安见, 于洋, 马金平, 李金禄, 鲍洋洋.气水分离效果对冷干机露点的影响[J].石油和化工设备, 2012, 11:8-10.
[4]张盛武.煤气水分离新工艺[J].化工环保, 1991, 04:214-217.